低溫脅迫對不同類型茄子葉片耐寒性生理指標(biāo)的影響

郭守鵬，楊君嬌，馬 村，徐佳寧，王文軍＊

（1濟(jì)南市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250316；2山東農(nóng)業(yè)大學(xué)；3濟(jì)南市農(nóng)業(yè)開發(fā)服務(wù)總公司）

茄子（Solanum melongena L.）是一種喜溫性的蔬菜，在我國各地廣泛栽培，其生長發(fā)育適溫為22～30℃，氣溫低于7℃，莖葉易受到傷害[1]。茄子冷害最明顯的癥狀是生長速度變慢，葉片萎蔫、變褐、干枯，果皮變色，甚至整株死亡。在我國，冷害主要發(fā)生在早春和晚秋季節(jié)，嚴(yán)重時會造成茄子大幅減產(chǎn)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效益。目前，節(jié)能型日光溫室和塑料大棚在北方地區(qū)已成為冬春反季節(jié)蔬菜生產(chǎn)的主要方式。然而，由于棚室結(jié)構(gòu)一般比較簡單，缺少加溫設(shè)施，在冬春嚴(yán)寒季節(jié)，低溫仍然是影響茄子生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素[2]。因此，對耐低溫保護(hù)地茄子專用品種的需求越來越強(qiáng)烈。同時，茄子對低溫脅迫的響應(yīng)機(jī)制機(jī)理研究也日益受到科研工作者的重視。本試驗(yàn)主要通過對比分析不同類型茄子資源在不同低溫脅迫條件下葉片中部分生理生化指標(biāo)變化情況，篩選出較耐低溫的茄子品種資源，為茄子低溫反季節(jié)栽培及日光溫室專用品種選育提供支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)從已有茄子資源中選取6個不同類型的種質(zhì)資源（詳見表1），采用營養(yǎng)缽基質(zhì)栽培，在苗齡6葉1心時轉(zhuǎn)入光照培養(yǎng)箱進(jìn)行低溫脅迫處理。

表1 試驗(yàn)材料

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

1.2.1光照設(shè)置：光照周期為 12 h/d，光照強(qiáng)度22000Lx[3]。

1.2.2 溫度設(shè)置：對照為25℃處理24h，低溫脅迫為4℃處理 2h、4h、6h 和 12h。

1.2.3 樣品采集：每個處理隨機(jī)選取長勢一致的幼苗3株，每株取第4節(jié)位葉片，每個生理指標(biāo)的測定重復(fù)3次。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

本試驗(yàn)主要測定的生理指標(biāo)與方法是：可溶性蛋白采用考馬斯亮藍(lán)法測定[3]，可溶性還原糖采用蒽酮法測定[5]，丙二醛（MDA）采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法測定[4]，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法測定[3]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel和IBM spss軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對可溶性蛋白含量的影響

在自然界，蛋白質(zhì)是一切生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。植物在逆境條件下，由于可溶性蛋白質(zhì)是一種親水性較強(qiáng)的分子，能夠使細(xì)胞束縛更多水分來阻止原生質(zhì)的結(jié)冰，從而能夠增強(qiáng)植物的抗寒能力[6]。由圖1可知，正常溫度下，不同茄子品種可溶性蛋白含量就存在較大差異；在低溫 4℃處理時，原本含量高的品種（1、5、6）都出現(xiàn)了大幅下降，而原本含量低的（2、3、4）則都表現(xiàn)出增加；4℃處理2h時，各品種可溶性蛋白含量均下降，隨著低溫處理時間的延長，除6號外其他品種都表現(xiàn)為再增加又減少的變化趨勢；3號和5號4h時可溶性蛋白含量達(dá)到頂峰；4號與2號茄子在6h時達(dá)到峰值，并高于對照數(shù)值?？傮w來看：2號、3號、4號對低溫脅迫表現(xiàn)出更高的敏感性，其通過相關(guān)基因的表達(dá)，加快可溶性蛋白的合成，從而抵御低溫對植株帶來的不利影響；而1號、5號和6號茄子在低溫脅迫時可溶性蛋白的合成受到抑制。

圖1 低溫脅迫對葉片中可溶性蛋白含量的影響

2.2 低溫脅迫對SOD活性的影響

植物的抗寒性與活性氧代謝密切相關(guān)。低溫脅迫下植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的活性氧自由基[7]，而自由基的產(chǎn)生和消除又被細(xì)胞中的保護(hù)酶系統(tǒng)所控制，SOD作為重要的保護(hù)酶之一，能夠清除逆境脅迫下產(chǎn)生的超氧自由基，生成歧化物，使植物表現(xiàn)出一定的抗逆性[8]。由圖2可知，隨著低溫脅迫時間的延長，1號茄子SOD活性在不斷緩慢增大，2號和5號先減小再增大又減小，3號、4號和6號則是先增大又減小又增大；各品種的峰值出現(xiàn)時間亦不同，1號和4號在低溫處理12h時SOD活性表現(xiàn)為最大，2號和6號在6h時達(dá)到頂峰，5號SOD活性最大值出現(xiàn)在4h，3號則是2h?？傮w來看，在低溫脅迫過程中，不同茄子品種葉片中SOD活性沒有表現(xiàn)出一致的變化趨勢，反而是不同類型的品種SOD活性變化差異較大；除2號以外，其余品種在4℃低溫脅迫時SOD活性都在一定時間段高于對照，說明保護(hù)酶系統(tǒng)被激活。

圖2 低溫脅迫對超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

2.3 低溫脅迫對MDA含量的影響

在低溫脅迫下，植物體內(nèi)膜脂過氧化作用加強(qiáng)，導(dǎo)致膜的損傷和破壞[9]。丙二醛（MDA）是膜脂過氧化反應(yīng)最重要的產(chǎn)物之一，細(xì)胞中MDA含量的高低反映了細(xì)胞氧化損傷的程度，其含量與植物耐寒性呈負(fù)相關(guān)。由圖3可以看出：在低溫處理下，1號、2號、4號和6號MDA含量先增加后減少再增加，3號是先減少再增加又減少，5號則是先減少又增加；除5號以外，其余品種MDA含量峰值都明顯高于25℃對照，以3號4℃處理6h含量最高，其次為4號4℃處理6h；1號、5號和6號品種的整體MDA含量較少。不同類型的茄子品種在低溫脅迫下MDA的含量同樣沒有表現(xiàn)出一致的規(guī)律性。

圖3 低溫脅迫對丙二醛（MDA）影響

2.4 低溫脅迫對可溶性糖含量的影響

在植物體內(nèi)，可溶性糖是植物抗凍的主要保護(hù)性物質(zhì)?？扇苄蕴蔷哂刑岣呒?xì)胞液濃度，調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓，增強(qiáng)植物耐寒性的作用[10]。在低溫脅迫下，植物體內(nèi)水解作用增強(qiáng)，一些多糖、蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)降解生成可溶性糖、氨基酸等物質(zhì)，使得細(xì)胞液濃度增大、冰點(diǎn)下降[11]。由圖4可知：在4℃低溫脅迫下，不同類型的茄子品種可溶性糖含量變化表現(xiàn)出較高的規(guī)律性。隨著低溫處理時間的延長，基本都表現(xiàn)出先增加又減少的趨勢。大部分品種都在6h時達(dá)到峰值，12h時為底值。只有個別品種表現(xiàn)出差異性，如1號2h時可溶性糖含量略高于6h，2號2h和4h出現(xiàn)了下降，3號12h時仍高于對照。從平均水平來看，4號可溶性糖含量最高，2號最低。從變化幅度來看，4號最大，6號最小。這說明：大部分茄子品種會在短時間內(nèi)通過快速增加可溶性糖含量來抵御低溫脅迫，從而降低低溫對植株造成的不利影響；在低溫脅迫達(dá)到一定時間后，或者因?yàn)樾玛惔x的降低，或者因?yàn)橹仓陮Φ蜏氐倪m應(yīng)，又恢復(fù)到或低于原來的含量水平。

圖4 低溫脅迫對可溶性糖含量的影響

3 討論與結(jié)論

可溶性蛋白、可溶性糖、超氧化物歧化酶（SOD）和丙二醛（MDA）等物質(zhì)的含量和活性是判定植物耐寒性強(qiáng)弱的重要生理生化指標(biāo)。其中，前三者主要是起保護(hù)作用，使植物組織免受低溫傷害；MDA則是反應(yīng)植株受凍害嚴(yán)重程度的重要標(biāo)志物。本試驗(yàn)結(jié)果顯示：在遭遇低溫的情況下，茄子葉片中的可溶性蛋白含量和SOD活性增加幅度很低，甚至大幅下降；而可溶性糖的含量則是大幅上升。從中可見，可溶性蛋白、可溶性糖和SOD對茄子耐寒性的貢獻(xiàn)率是不同的，可溶性糖貢獻(xiàn)率最高，可溶性蛋白和SOD貢獻(xiàn)率較低。這一現(xiàn)象也說明：在茄子對抗低溫脅迫的生理生化調(diào)控中，不同的調(diào)控機(jī)制和調(diào)控物質(zhì)并沒有同時被激活，有些調(diào)控機(jī)制還被抑制；有些調(diào)控機(jī)制則被快速激活，相關(guān)基因大量表達(dá)，相應(yīng)的活性物質(zhì)被大量釋放。

由試驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)：不同類型的茄子品種抗逆調(diào)控物質(zhì)并沒有表現(xiàn)出相同的變化趨勢，反而是有很大的差異。1號尖頭紫茄子和6號燈泡綠茄子可溶性蛋白含量大幅下降，SOD活性則略微上升，可溶性糖增加幅度不大，MDA的含量同樣具有很大的相似性，說明這兩個類型的茄子品種抗低溫調(diào)控機(jī)制相似；3號紫長茄和4號紫圓茄可溶性蛋白和可溶性糖含量及SOD活性變化趨勢一致，MDA含量2h和6h分別高于4h和12h，說明這兩個類型的茄子具有相似的抗低溫調(diào)控機(jī)制；2號棒狀紫茄子和5號綠萼紫茄子又分別表現(xiàn)出不同的調(diào)控機(jī)理。

不同類型的茄子對低溫脅迫的調(diào)控機(jī)制不同，外在表現(xiàn)就是不同的品種抗寒性不同。在生產(chǎn)實(shí)踐中，國外進(jìn)口的綠萼紫茄品種具有較強(qiáng)的耐低溫弱光能力。因此，目前我國北方日光溫室茄子生產(chǎn)主要使用的品種即為綠萼紫長茄類型，紫萼長茄和紫圓茄尚沒有選育出優(yōu)勢品種，不過在早春和秋延遲中也有種植；尖頭茄和綠茄屬于特種茄子，市場小，栽培面積小，主要分布于露地和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)；紫線茄主要在南方栽培。綜合分析4個生理指標(biāo)，我們得出：本試驗(yàn)中的茄子品種以3號耐寒性最差，主要表現(xiàn)在可溶性蛋白和SOD酶活都處于較低水平、可溶性糖和MDA含量迅速升高，說明其對低溫反應(yīng)緩慢、組織和細(xì)胞受到破壞；5號耐寒性最好，其可溶性糖處于中等水平，酶活較高，MDA變化不大且含量較低，說明其本身耐寒性較好，并且防御機(jī)制反應(yīng)迅速；2號和4號耐寒性高于1號和6號、低于5號。按照類型排序?yàn)椋壕G萼紫茄＞紫長茄=紫圓茄＞尖頭紫茄=綠茄＞紫線茄。

本研究得出的結(jié)論與生產(chǎn)實(shí)踐基本一致，說明可溶性蛋白、可溶性糖、超氧化物歧化酶（SOD）和丙二醛（MDA）可以作為評判茄子耐寒性強(qiáng)弱的檢測指標(biāo)。這對今后茄子低溫反季節(jié)種植的品種選擇和抗逆育種提供了重要的手段和理論依據(jù)。

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